一種可移動式連續化鹽系統及其化鹽方法與流程
2024-03-26 15:48:05
本發明涉及太陽能熱發電技術，具體涉及一種可移動式連續化鹽系統及其化鹽方法。
背景技術：
國際能源署認為光熱電站裝機未來將持續上升，並且對未來全球光熱裝機量及年發電量進行了預測，根據預測至2020年全球光熱發電裝機量將達到11GW左右，至2020年全球光熱電站裝機總量預計將翻倍。
儲熱系統作為光熱電站最核心的部分可增強太陽能熱發電站對太陽輻射變動的適應性。儲熱儲能系統和該系統的發電能力對於太陽能熱發電系統非常重要，不僅要求儲熱系統有較好的儲熱能力，還要求儲熱系統能及時地將熱量傳遞給工質，來實現在太陽輻照減弱的情況下不至於使汽輪機進汽參數驟然下降。熔鹽是目前最常用的儲熱材料，由於常溫下熔鹽為固體，而使用時熔鹽為液體，因此，初始時化鹽、灌裝就成為系統運行的關鍵之一。
目前大部分電站都是自建化系統設備，一次投入，一次使用，系統經濟性差，初始化鹽時，熔鹽容易過熱，變質。因此，需要開發一種利用率高、熔鹽不易過熱的新型化鹽系統。
技術實現要素：
根據上述領域存在的不足和需求，本發明提供一種可移動式連續化鹽系統，具有高度的靈活性，能夠反覆使用並避免熔鹽過熱，有效解決當前化鹽系統的利用率低、熔鹽容易過熱的問題。
一方面，本發明提供一種可移動式連續化鹽系統，其特徵在於，包括用於設置在運載系統上的化鹽槽系統、加熱系統和和熔鹽緩存系統；
所述化鹽槽系統和熔鹽緩存系統通過熔鹽管道連通；所述加熱系統設置在所述化鹽槽系統底部，用於加熱化鹽槽中的熔鹽；
所述化鹽槽系統包括化鹽槽；所述化鹽槽的頂部設有進料口、攪拌器連接口和溫度計連接口；所述攪拌器連接口用於安裝攪拌器，使所述攪拌器的攪拌部件位於化鹽槽內，攪拌器的控制部件位於化鹽槽頂部上方；所述溫度計連接口用於安裝溫度計，使溫度計的檢測端位於化鹽槽內，讀數端位於化鹽槽頂部上方；
所述化鹽槽的一側槽壁上分別上下設有第1連通口和第2連通口；所述第2連通口設置在靠近化鹽槽底板的位置；
所述熔鹽緩存系統包括緩衝罐和熔鹽泵；所述緩衝罐的頂部設有熔鹽泵連接口，用於密封連接安裝熔鹽泵，所述熔鹽泵將所述緩衝罐內熔化的熔鹽泵入熔鹽罐中；
所述緩衝罐靠近所述化鹽槽的一側罐壁上還分別上下設有第3連通口和第4連通口；
所述管道連通指所述第1連通口通過第1管道與第3連通口連通；所述第2連通口通過第2管道與第4連通口連通；連通狀態下，第3連通口的位置低於第1連通口，第4連通口的位置低於第2連通口；所述第2管道上設有第1閥門。
本發明提供的可移動式連續化鹽系統，化鹽槽是化鹽的主要容器，優選為橢圓封頭的臥式化鹽罐。所述進料口用於向化鹽槽內加入固態熔鹽和/或水。所述攪拌器的控制部件位於化鹽槽的頂部上方，在加熱過程中，通過控制部件調節攪拌部件的攪拌速度，使熔鹽均勻受熱，防止出現局部熔鹽過熱的現象。所述溫度計的讀數端位於化鹽槽的頂部上方，用於隨時監測溫度，以便及時調節加熱速度和攪拌速度，避免熔鹽溫度過高而變質。在化鹽槽一側的槽壁上設有第1連通口和第2連通口，用於導出液態熔鹽。為了儘量排淨化鹽槽中的液態熔鹽，所述第2連通口優選設置在靠近化鹽槽底板的位置。
所述緩衝罐設置在化鹽槽具有連通口的一側，用於臨時儲存來自化鹽槽的液態熔鹽。在連續化鹽的過程中，通過熔鹽泵將液態熔鹽不斷泵送至熔鹽罐中。採用緩衝罐對液態熔鹽進行緩存，既可以將熔鹽泵與攪拌器、溫度計和電加熱器等隔離開，避免在運行過程中部件之間發生碰撞，又能夠大幅減小熔鹽泵的液下軸長，從而可以選用更便宜的泵來節約成本，還能夠避免液態熔鹽在化鹽槽中反覆加熱而導致熔鹽過熱。在緩衝罐靠近化鹽槽的一側罐壁上設有第3連通口和第4連通口，用於接收來自化鹽槽的液態熔鹽。
在化鹽初期及連續化鹽時，關閉第1閥門，當化鹽槽內的熔鹽液位高於第1連通口後，液態熔鹽可以通過第1連通口自動流出化鹽槽並經過第1管道和第3連通口流入緩衝罐中，當緩衝罐中的熔鹽液位達到設定位置時，開啟熔鹽泵，將液態熔鹽泵入熔鹽罐中，通過控制固態熔鹽的進料速率和液態熔鹽的泵出速率而實現連續化鹽。在化鹽後期，不再加入固態熔鹽，當熔鹽液位低於第1連通口後，打開第1閥門，使液態熔鹽通過第2連通口流出化鹽槽並經過第2管道和第4連通口流入緩衝罐中。優選地，在連通狀態下，所述第3連通口的位置與所述化鹽槽底部的位置高度相當，且高於熔鹽泵的最低要求液位。
所述化鹽槽系統、加熱系統和熔鹽緩存系統均可設置在運載系統上，可隨運載系統靈活移動，給需要化鹽的太陽能熱發電站提供便利。
優選地，所述進料口處設有第2閥門，所述化鹽槽的頂部設有第1洩壓閥，所述緩衝罐的頂部設有第2洩壓閥。所述第2閥門用於開啟和關閉進料口。在一些實施例中，通過進料口加入固體熔鹽後，優選加入一定量的水，在化鹽初始階段水分蒸發，通過設置第1洩壓閥和第2洩壓閥的壓力閾值，可以避免系統超壓而發生危險。
優選地，所述攪拌器和溫度計分別在攪拌器連接口和溫度計連接口的位置與化鹽槽頂部之間密封連接。使化鹽槽在熔鹽加熱過程中處於密閉狀態，防止熱量散失。
優選地，所述第1連通口和第2連通口上設有濾網；優選地，所述濾網的孔徑為20～200μm。在一些實施例中，所述第1連通口和第2連通口上還分別設有完全覆蓋第1連通口和第2連通口的濾網。化鹽時，部分固態熔鹽漂浮在液態熔鹽上方，該濾網可以防止固態熔鹽通過第1連通口或第2連通口進入緩衝罐中，並且能夠有效防止熔鹽中不熔的固體雜質進入熔鹽系統中，避免了熔鹽管道的堵塞，防止造成重大事故。
優選地，所述化鹽槽的內底面呈斜坡面，與所述緩衝罐相鄰的一端低於相對端；優選地，所述斜坡面的水平夾角為1～12度。在化鹽最後階段，這種斜坡面可以保證化鹽槽內剩餘的液態熔鹽通過第2連通口全部排入緩衝罐中，避免熔鹽的浪費。
優選地，所述化鹽槽的頂部還設有氮氣口，用於連接氮氣供應設備；和/或循環口，用於注入溫度降低的熔鹽。通過向化鹽槽內通入氮氣，可以排除空氣和水蒸氣，防止熔鹽成分氧化，並保證系統壓力平衡，始終處於微正壓狀態。大批量化鹽時時間較長，熔鹽罐中的熔鹽溫度逐步降低，到一定程度時，通過循環口將溫度降低的熔鹽抽回到化鹽槽中加熱。
優選地，所述緩衝罐在靠近底部的罐壁上設有排放口，所述排放口外接排放管，所述排放管上設有第3閥門。在化鹽過程中，關閉第3閥門；化鹽結束後，打開第3閥門，將緩衝罐中的剩餘熔鹽排出，然後用水清洗化鹽槽和緩衝罐並通過排放管排淨汙水。
優選地，任一上述的可移動式連續化鹽系統，還包括加料系統，所述加料系統包括人工加料臺和/或自動機械加料設備。在一些實施例中，操作人員站在人工加料臺上，藉助於進料鬥，通過進料口向化鹽槽內手動添加固體熔鹽。在另一些實施例中，採用機械加料的方式，利用傳送帶等方式自動地將固體熔鹽送入化鹽槽內。
優選地，任一上述的可移動式連續化鹽系統，所述加熱系統包括外殼，所述加熱系統的外殼與所述化鹽槽之間通過法蘭連接；所述加熱系統包括電加熱器和/或天然氣燃燒室。在一些實施例中，所述加熱系統同時設有電加熱器和天然氣燃燒室，可以採用任何一種熱源對熔鹽進行加熱，避免某種熱源發生故障時影響化鹽的連續進行。
另一方面，本發明還提供一種連續化鹽方法，其特徵在於，採用任一上述的可移動式連續化鹽系統，包括如下步驟：
(1)化鹽初期：在化鹽槽中裝入固態熔鹽；開啟攪拌器，開啟加熱系統使熔鹽熔化；
(2)連續化鹽：向化鹽槽持續加入固態熔鹽，當液態熔鹽的液位高於第1連通口後，熔鹽會自動流入緩衝罐中；當緩衝罐中的熔鹽液位達到設定位置時，開啟熔鹽泵，將液態熔鹽泵送至熔鹽罐中；控制固態熔鹽的添加速率和熔鹽泵的泵送速率，使化鹽槽中的液態熔鹽液面始終高於第1連通口且緩衝罐中的液態熔鹽液面始終高於熔鹽泵的最低要求液位，使化鹽連續進行。
在本發明的一些實施例中，通過自動機械加料設備及加料系統的閥門控制固態熔鹽的添加速率，通過熔鹽泵的變頻電機控制熔鹽的泵送速率。
綜上，本發明提供的可移動式連續化鹽系統及連續化鹽方法，與現有技術相比，具有以下優點：
1.解決了系統熔鹽容易過熱的問題。
2.解決了化鹽設備靈活性差問題。藉助本發明的可移動式連續化鹽系統，發電站不需要自行配備化鹽裝置，實現了資源的重複利用，節約了經濟成本，具有廣泛的應用前景。
3.解決化鹽加熱過程中容易氧化和壓力不平衡問題。
4.多種熱源化鹽，保證了化鹽的正常進行。
附圖說明
圖1.可移動式連續化鹽系統的結構示意圖；
其中，1-化鹽槽，2-進料口，3-攪拌器，4-溫度計，5-第1連通口，6-第2連通口，7-化鹽槽底板，8-緩衝罐，9-熔鹽泵，10-第3連通口，11-第4連通口，12-第1管道，13-第2管道，14-第1閥門，15-第1洩壓閥，16-第2洩壓閥，17-濾網，18-氮氣口，19-循環口，20-排放口，21-電加熱器，22-天然氣燃燒室，23-運載車。
圖2.濾網結構示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明做進一步的詳細說明，需要聲明的是，下述實施例僅作為解釋和說明，不構成對本發明保護範圍的限制。
本發明提供一種可移動式連續化鹽系統，其特徵在於，包括用於設置在運載系統上的化鹽槽系統、加熱系統和和熔鹽緩存系統；所述化鹽槽系統和熔鹽緩存系統通過熔鹽管道連通；所述加熱系統設置在所述化鹽槽系統底部，用於加熱化鹽槽中的熔鹽；所述化鹽槽系統包括化鹽槽(1)；所述化鹽槽的頂部設有進料口(2)、攪拌器連接口和溫度計連接口；所述攪拌器連接口用於安裝攪拌器(3)，使所述攪拌器的攪拌部件位於化鹽槽內，攪拌器的控制部件位於化鹽槽頂部上方；所述溫度計連接口用於安裝溫度計(4)，使溫度計的檢測端位於化鹽槽內，讀數端位於化鹽槽頂部上方；所述化鹽槽的一側槽壁上分別上下設有第1連通口(5)和第2連通口(6)；所述第2連通口設置在靠近化鹽槽底板(7)的位置；所述熔鹽緩存系統包括緩衝罐(8)和熔鹽泵(9)；所述緩衝罐的頂部設有熔鹽泵連接口，用於密封連接安裝熔鹽泵，所述熔鹽泵將所述緩衝罐內熔化的熔鹽泵入熔鹽罐中；所述緩衝罐靠近所述化鹽槽的一側罐壁上還分別上下設有第3連通口(10)和第4連通口(11)；所述管道連通指所述第1連通口通過第1管道(12)與第3連通口連通；所述第2連通口通過第2管道(13)與第4連通口連通；連通狀態下，第3連通口的位置低於第1連通口，第4連通口的位置低於第2連通口；所述第2管道上設有第1閥門(14)。
本發明提供的可移動式連續化鹽系統，化鹽槽是化鹽的主要容器，優選為橢圓封頭的臥式化鹽罐，橢圓封頭能夠避免容易殘留熔鹽的死角。所述進料口用於向化鹽槽內加入固態熔鹽和/或水。所述攪拌器的控制部件位於化鹽槽的頂部上方，在加熱過程中，通過控制部件調節攪拌部件的攪拌速度，使熔鹽均勻受熱，防止出現局部熔鹽過熱的現象。所述溫度計的讀數端位於化鹽槽的頂部上方，用於隨時監測溫度，以便及時調節加熱速度和攪拌速度，避免熔鹽溫度過高而變質。在化鹽槽一側的槽壁上設有第1連通口和第2連通口，用於導出液態熔鹽。為了儘量排淨化鹽槽中的液態熔鹽，所述第2連通口優選設置在靠近化鹽槽底板的位置，優選地，所述第2連通口的下邊緣距離化鹽槽底板40～100釐米，更優選60～80釐米。
所述緩衝罐設置在化鹽槽具有連通口的一側，用於臨時儲存來自化鹽槽的液態熔鹽。在連續化鹽的過程中，通過熔鹽泵將液態熔鹽不斷泵送至熔鹽罐中。在一些實施例中，所述緩衝罐的外面包裹了厚厚的保溫層，防止緩衝罐溫度降低過快。採用緩衝罐對液態熔鹽進行緩存，具有如下優點：(1)將熔鹽泵的軸承與攪拌器、溫度計和電加熱器等隔離開，避免在運行過程中部件之間發生碰撞；(2)由於緩衝罐的高度比化鹽槽的高度低，因此能夠大幅減小熔鹽泵的液下軸長，從而可以選用更便宜的泵來節約成本；(3)及時地將化鹽槽內的液態熔鹽導入緩衝罐中，能夠有效避免液態熔鹽在化鹽槽中反覆加熱而導致熔鹽過熱。在緩衝罐靠近化鹽槽的一側罐壁上設有第3連通口和第4連通口，用於接收來自化鹽槽的液態熔鹽。
在化鹽初期及連續化鹽時，關閉第1閥門，避免化鹽槽底部固體物質進入緩衝罐。當化鹽槽內的熔鹽液位高於第1連通口後，液態熔鹽可以通過第1連通口自動流出化鹽槽並經過第1管道和第3連通口流入緩衝罐中，當緩衝罐中的熔鹽液位達到設定位置時，開啟熔鹽泵，將液態熔鹽泵入熔鹽罐中，通過控制固態熔鹽的進料速率和液態熔鹽的泵出速率而實現連續化鹽。在一些實施例中，所述緩衝罐內的熔鹽液位達到緩衝罐的熔鹽泵最低液位位置以上30cm時，開啟熔鹽泵。在化鹽後期，不再加入固態熔鹽，當熔鹽液位低於第1連通口後，打開第1閥門，使液態熔鹽通過第2連通口流出化鹽槽並經過第2管道和第4連通口流入緩衝罐中。優選地，在連通狀態下，所述第3連通口的位置與所述化鹽槽底部的位置高度相當，且高於熔鹽泵的最低要求液位。
所述化鹽槽系統、加熱系統和熔鹽緩存系統均可設置在運載系統上，可隨運載系統靈活移動，給需要化鹽的太陽能熱發電站提供便利。
在一些實施例中，所述進料口處設有第2閥門，所述化鹽槽的頂部設有第1洩壓閥(15)，所述緩衝罐的頂部設有第2洩壓閥(16)。
在一些實施例中，通過進料口加入固體熔鹽後，優選加入一定量的水，在化鹽初始階段水分蒸發，通過設置第1洩壓閥和第2洩壓閥的壓力閾值，可以避免系統超壓而發生危險。優選地，將第1洩壓閥和第2洩壓閥的壓力閾值設置在0.1～1MPa，更優選0.2～0.7MPa。
在一些實施例中，所述攪拌器和溫度計分別在攪拌器連接口和溫度計連接口的位置與化鹽槽頂部之間密封連接。使化鹽槽在熔鹽加熱過程中處於密閉狀態，防止熱量散失。
在一些實施例中，所述第1連通口和第2連通口上還分別設有完全覆蓋第1連通口和第2連通口的濾網(17)。所述濾網的孔徑優選為20～200μm，更優選為20～100μm，最優選為70μm。化鹽時，部分固態熔鹽漂浮在液態熔鹽上方，該濾網可以防止固態熔鹽通過第1連通口或第2連通口進入緩衝罐中，並且能夠有效防止熔鹽中不熔的固體雜質進入熔鹽系統中，避免了熔鹽管道的堵塞，防止造成重大事故。
在一些實施例中，所述化鹽槽的內底面呈斜坡面，與所述緩衝罐相鄰的一端低於相對端；所述斜坡面的水平夾角優選為1～12度，更優選為2～10度，最優選為5度。在化鹽最後階段，這種斜坡面可以保證化鹽槽內剩餘的液態熔鹽通過第2連通口全部排入緩衝罐中，避免熔鹽的浪費。
在一些實施例中，所述化鹽槽的頂部還設有氮氣口(18)，用於連接氮氣供應設備；和/或循環口(19)，用於注入溫度降低的熔鹽。通過向化鹽槽內通入氮氣，可以排除空氣和水蒸氣，防止熔鹽成分氧化，並保證系統壓力平衡，始終處於微正壓狀態。
在一些實施例中，所述化鹽槽的頂部還設有循環口，所述循環口通過管道與熔鹽罐中的泵出口相連接。大批量化鹽時時間較長，熔鹽罐中的熔鹽溫度逐步降低，到一定程度時，通過循環口將溫度降低的熔鹽抽回到化鹽槽中加熱。
在一些實施例中，所述緩衝罐在靠近底部的罐壁上設有排放口(20)，所述排放口外接排放管，所述排放管上設有第3閥門。在化鹽過程中，關閉第3閥門；化鹽結束後，打開第3閥門，將緩衝罐中的剩餘熔鹽排出，然後用水清洗化鹽槽和緩衝罐並通過排放管排淨汙水。
在一些實施例中，任一上述的可移動式連續化鹽系統，還包括加料系統，所述加料系統包括人工加料臺和/或自動機械加料設備。操作人員站在人工加料臺上，可藉助於進料鬥，通過進料口向化鹽槽內手動添加固體熔鹽。或者，採用機械加料的方式，利用傳送帶等方式自動地將固體熔鹽送入化鹽槽內。
在一些實施例中，所述機械加料裝置包括拆袋機、破碎機、帶式承重給料機、波紋擋邊帶式輸送機。系統內設噸袋拆袋機，分別對熔鹽進行拆袋作業；拆袋機內設破碎裝置，可對板結的物料進行破碎處理。在拆袋機出料鬥口下方設置帶式稱重給料機，可對拆袋後的物料按一定的配比進行給料。物料經一定帶寬，傾角60°，帶速1m/s的C-1波紋擋邊帶式輸送機送至化鹽槽進行混合作業。
在一些實施例中，任一上述的可移動式連續化鹽系統，所述加熱系統包括外殼，所述加熱系統的外殼與所述化鹽槽之間通過法蘭連接；所述加熱系統包括電加熱器(21)和/或天然氣燃燒室(22)。優選地，所述加熱系統同時設有電加熱器和天然氣燃燒室，可以採用任何一種熱源對熔鹽進行加熱，避免某種熱源發生故障時影響化鹽的連續進行。
在一些實施例中，所述天然氣燃燒室設置在化鹽槽底部，處於化鹽槽底板下方，外接現場天然氣管道；電加熱器布置在化鹽槽底板上方20-50cm高度的地方，各電加熱器均勻布置，電加熱器與化鹽槽外的電子控制櫃連接，通過電子控制櫃控制加熱功率，防止熔鹽過熱。化鹽時，如選擇電加熱器加熱，熔鹽應完全覆蓋電加熱器。
另一方面，本發明還提供一種連續化鹽方法，其特徵在於，採用任一上述的可移動式連續化鹽系統，包括如下步驟：
(1)化鹽初期：在化鹽槽中裝入固態熔鹽；開啟攪拌器，開啟加熱系統使熔鹽熔化；
(2)連續化鹽：向化鹽槽持續加入固態熔鹽，當液態熔鹽的液位高於第1連通口後，熔鹽會自動流入緩衝罐中；當緩衝罐中的熔鹽液位達到設定位置時，開啟熔鹽泵，將液態熔鹽泵送至熔鹽罐中；控制固態熔鹽的添加速率和熔鹽泵的泵送速率，使化鹽槽中的液態熔鹽液面始終高於第1連通口且緩衝罐中的液態熔鹽液面始終高於熔鹽泵的最低要求液位，使化鹽連續進行。
在一個典型的實施例中，包括如下步驟：
(1)化鹽初期：關閉第1閥門，開啟進料口，採用人工或機械加料的方式，通過進料口加入一定量的固態熔鹽，使其覆蓋電加熱器，同時還可以外接水源，經進料口加入一定量水；然後關閉進料口，開啟攪拌器，開啟電加熱器或燃氣爐中的一種，開始化鹽；在水分蒸發過程中，罐體中的壓力達到一定值時，通過第1洩壓閥和第2洩壓閥降低系統的壓力，避免系統超壓發生危險；待熔鹽中的水分蒸發完全後，熔鹽熔化，添加固體熔鹽，開啟正式化鹽過程；通入氮氣，排空系統中的水蒸汽和空氣，保證系統微正壓。
(2)連續化鹽：再開啟進料口，持續加入固態熔鹽，當液態熔鹽的液位超過第1連通口後，熔鹽會自動流入緩衝罐中；當緩衝罐中的熔鹽液位達到一定位置時，開啟熔鹽泵，將液態熔鹽泵送至熔鹽罐中；根據化鹽能力，通過自動機械加料設備及加料系統的閥門控制固態熔鹽的添加速率，通過熔鹽泵的變頻電機控制熔鹽的泵送速率，使化鹽槽中的液態熔鹽液面始終高於第1連通口且緩衝罐中的液態熔鹽液面始終高於熔鹽泵的最低要求液位，保證化鹽的連續進行。
(3)化鹽後期：固態熔鹽添加結束後，關閉進料口；當化鹽槽中的液位低於第1連通口時，打開第1閥門，使化鹽槽中的液態熔鹽通過第2連通口流入緩衝罐中；當緩衝罐中的熔鹽液位低於熔鹽泵要求的最低液位時，關閉熔鹽泵；緩衝罐中最後還存留少量熔鹽，可通過排放口排出，由於該部分殘留熔鹽較少，可直接投入到熔鹽罐中；通過進料口衝入清水，清洗設備，清洗完畢後通過排放口排淨汙水；最後通入熱風乾燥系統設備，化鹽完畢。